JP5824403B2 - 炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、水平すみ肉溶接の１パス溶接で大脚長が得られ、ビード外観が良好で表面欠陥のないビードが得られる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
造船や橋梁では、高能率に溶接が行えることからフラックス入りワイヤが用いられることが多い。特に造船では、国際船級協会連合（ＩＡＣＳ＝Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ ）が共通構造規則（ＣＳＲ＝Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｒｕｌｅｓ）を施工してから、設計寿命や施工条件により厳しい条件が課せられることになり、さらなる高能率施工が要求されている。そのため、従来は脚長が６〜７ｍｍ程度の施工箇所であっても、ＣＳＲ基準によりさらに大きな脚長が必要になる場合があり、多パスで溶接施工した場合では大幅に溶接能率が悪化してしまうため、１パスで欠陥がなく十分な脚長が得られる水平すみ肉用溶接材料が熱望されている。
このような要望に対して、特許文献１には、大脚長溶接を１パスで水平すみ肉溶接する場合において、ビード形状およびビード外観が良好な溶接部を得ることができる水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤを提案されている。しかし、特許文献１に記載のフラックス入りワイヤでは、アークが不安定で、大脚長で安定したビード形状を得ることができない。
また、特許文献２には、大脚長溶接のビード下部のビード垂れおよびビード上部のアンダーカットが発生しないフラックス入りワイヤが提案されている。しかし、特許文献２に記載のフラックス入りワイヤでは、溶融金属中の酸素量を低下させて粘性を調整することができず、大脚長で良好なビード形状を得ることができない。
さらに、特許文献３には、ＣＯ２ガスおよびＡｒ−ＣＯ２混合ガスのいずれのシールドガスを用いた場合でも、１パス溶接で脚長８ｍｍ以上の大脚長ビードが得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。しかし、引用文献３に記載されたフラックス入りワイヤでは、溶融金属のスラグの粘性が過剰に低下してスラグが流れてしまい、結果として立板側のビードにアンダーカットが発生するという問題があった。
本発明は、水平すみ肉溶接の１パス溶接で、１０ｍｍ以上の大脚長が得られ、ビード外観が良好で、アンダーカットやオーバーラップ等の表面欠陥のない高品質の溶接部が得られる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、前記課題を解決するために種々のフラックス入りワイヤを試作して鋭意研究した結果、次に述べる知見を得た。
水平すみ肉溶接の１パス溶接で１０ｍｍ以上の大脚長を得るためには、溶融スラグの粘性と溶融金属の粘性とのバランスを調整する必要があり、両方の粘性をバランス良く調整しないとアンダーカットやオーバーラップ等のビード表面欠陥が発生する。
これらを改善すべく研究を進めた結果、水平すみ肉溶接の１パス溶接で１０ｍｍ以上の大脚長を得るためには、鋼製外皮のＣ含有量を制限することによって、アークをソフトにして良好なビードを形成することでき、また、フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＦｅＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の含有量およびスラグ形成剤の合計量を調整することによって、立板側のアンダーカットおよび下板側のオーバーラップを防止し、さらに、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計量を調整して溶融金属の粘性をコントロールすることで良好なビード外観が得られることを知見した。
また、アークの安定性は、ＴｉＯ２、Ｆ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量の調整により、溶接金属の機械的性質は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒの含有量を調整することにより改善できることを知見した。
本発明はこれらの知見に基づいて完成したもので、本発明の要旨は、次の通りである。
（１）水平すみ肉溶接の１パス溶接で１０ｍｍ以上の大脚長ビードが得られる鋼製外皮にフラックスを充填してなる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
鋼製外皮のＣ：０．０１０質量％以下、
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：１．０〜４．０％、
さらに、フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：３．０〜６．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：１．０〜４．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計：０．２〜１．０％であって、かつ、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計：０．２〜１．５％、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計：１．０〜３．５％、Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計：０．０５〜０．７０％、を満足し、
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．３０％、
Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、
スラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％を含有し、
残部はＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
鋼製外皮のＣ：０．０１０質量％以下、
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：１．０〜４．０％、
さらに、フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：３．０〜６．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：１．０〜４．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計：０．２〜１．０％であって、かつ、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計：０．２〜１．５％、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計：１．０〜３．５％、Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計：０．０５〜０．７０％、を満足し、
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スラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％を含有し、
残部はＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（２）フラックスに、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計：０．００５〜０．０４５％を更に含有することも特徴とする上記（１）記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、主に厚鋼板の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接に使用して、１パス溶接で１０ｍｍ以上の大脚長が得られ、ビード外観が良好で、アンダーカットやオーバーラップ等の表面欠陥のない高品質の溶接部が得られるので、多パス溶接を行う必要や手直しの必要も無く、溶接効率の向上が図れる。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の鋼製外皮、フラックス入りワイヤの成分組成およびその含有量の限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有量は質量％で示す。
［鋼製外皮のＣ：０．０１０％以下］
鋼製外皮のＣは、アークの強さ、スパッタ発生量およびヒューム発生量などの溶接作業性や溶接性能に大きく影響する。特に、大脚長を得るための溶接で安定したビードを得るためには、アークの強さをできるだけソフトにして溶融プールに与える影響を少なくする必要がある。製鋼外皮のＣが０．０１０％を超えると、アークが強くなり、溶融プールが乱れやすく、ビード波形が不揃いとなりやすく、安定したビード外観を得ることができない。なお、製鋼外皮のＣの下限については特に限定しないが、製鋼時のコスト面から０．００１％とする。したがって、鋼製外皮のＣは０．０１０％以下とする。なお、好ましくは０．００２〜０．００８％とする。
鋼製外皮のＣは、アークの強さ、スパッタ発生量およびヒューム発生量などの溶接作業性や溶接性能に大きく影響する。特に、大脚長を得るための溶接で安定したビードを得るためには、アークの強さをできるだけソフトにして溶融プールに与える影響を少なくする必要がある。製鋼外皮のＣが０．０１０％を超えると、アークが強くなり、溶融プールが乱れやすく、ビード波形が不揃いとなりやすく、安定したビード外観を得ることができない。なお、製鋼外皮のＣの下限については特に限定しないが、製鋼時のコスト面から０．００１％とする。したがって、鋼製外皮のＣは０．０１０％以下とする。なお、好ましくは０．００２〜０．００８％とする。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０２〜０．０８％］
Ｃは、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎおよびグラファイト等から添加され、溶接金属の強度および靭性を調整する重要な元素の１つである。Ｃが０．０２％未満であると、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、Ｃが０．０８％を超えると、アークが強くなりすぎてスパッタ発生量が多くなる。さらに、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０２〜０．０８％とする。なお、好ましくは０．０３〜０．０７％とする。
Ｃは、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎおよびグラファイト等から添加され、溶接金属の強度および靭性を調整する重要な元素の１つである。Ｃが０．０２％未満であると、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、Ｃが０．０８％を超えると、アークが強くなりすぎてスパッタ発生量が多くなる。さらに、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０２〜０．０８％とする。なお、好ましくは０．０３〜０．０７％とする。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２〜１．０％］
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−ＳｉおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。また、溶融金属の粘性を向上させてビードを整える役割も果たす。Ｓｉが０．２％未満であると、脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生するとともに溶接金属の強度および靭性が低下する。また、溶融金属の粘性が低下してビード形状が凸ビードになりやすく、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜１．０％とする。なお、好ましくは０．３〜０．８％とする。
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−ＳｉおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。また、溶融金属の粘性を向上させてビードを整える役割も果たす。Ｓｉが０．２％未満であると、脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生するとともに溶接金属の強度および靭性が低下する。また、溶融金属の粘性が低下してビード形状が凸ビードになりやすく、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜１．０％とする。なお、好ましくは０．３〜０．８％とする。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．０〜４．０％］
Ｍｎは、鋼製外皮、金属ＭｎおよびＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．０％未満であると、脱酸不足となりピット等の溶接欠陥が発生する。さらに、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、Ｍｎが４．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．０〜４．０％とする。なお、好ましくは１．５〜３．５％とする。
Ｍｎは、鋼製外皮、金属ＭｎおよびＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．０％未満であると、脱酸不足となりピット等の溶接欠陥が発生する。さらに、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、Ｍｎが４．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．０〜４．０％とする。なお、好ましくは１．５〜３．５％とする。
［フラックスにＴｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：３．０〜６．０％］
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤の主成分であり、ルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらは溶融スラグの粘性を高め、ビード全体を均一に包被してビード形状を整える作用を有する。特に、水平すみ肉溶接の１パス溶接で大脚長のビードを得るためには必要不可欠な成分であり、アークを持続して安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が３．０％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に被包できないためスラグ剥離が悪くなり、また、溶融スラグの粘性が低くなるので、ビード形状を整えることができなくなる。その結果、ビード形状が凸ビードとなり、満足するビード外観を得ることができない。また、アークを安定させる効果が弱いのでスパッタ発生量も増加する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が６．０％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、溶融スラグの粘性が高くなりすぎてスラグ巻き込みが発生しやすく、また、溶融プールからのガス抜けが悪くなるため、ガス溝やピットなどの気孔欠陥が発生しやすくなる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は３．０〜６．０％とする。なお、好ましくは３．５〜５．５％とする。
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤の主成分であり、ルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらは溶融スラグの粘性を高め、ビード全体を均一に包被してビード形状を整える作用を有する。特に、水平すみ肉溶接の１パス溶接で大脚長のビードを得るためには必要不可欠な成分であり、アークを持続して安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が３．０％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に被包できないためスラグ剥離が悪くなり、また、溶融スラグの粘性が低くなるので、ビード形状を整えることができなくなる。その結果、ビード形状が凸ビードとなり、満足するビード外観を得ることができない。また、アークを安定させる効果が弱いのでスパッタ発生量も増加する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が６．０％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、溶融スラグの粘性が高くなりすぎてスラグ巻き込みが発生しやすく、また、溶融プールからのガス抜けが悪くなるため、ガス溝やピットなどの気孔欠陥が発生しやすくなる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は３．０〜６．０％とする。なお、好ましくは３．５〜５．５％とする。
［フラックスにＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：１．０〜４．０％］
ＳｉＯ２は、珪砂、ジルコンサンド等から添加され、スラグ形成剤として作用し、ビード形状を整える効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が１．０％未満であると、スラグ形成剤としての効果が不十分でアンダーカットが発生する。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が４．０％を超えると、ガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。また、アークも荒くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は１．０〜４．０％とする。なお、好ましくは１．５〜３．５％とする。
ＳｉＯ２は、珪砂、ジルコンサンド等から添加され、スラグ形成剤として作用し、ビード形状を整える効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が１．０％未満であると、スラグ形成剤としての効果が不十分でアンダーカットが発生する。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が４．０％を超えると、ガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。また、アークも荒くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は１．０〜４．０％とする。なお、好ましくは１．５〜３．５％とする。
［フラックスにＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％］
Ｆｅ酸化物は、酸化鉄、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。Ｆｅ酸化物は溶融スラグの粘性を調整してビード形状を整え、ビード形状を良好にする。Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満であると、溶融スラグの流動性が悪くビード形状を整えることができなくなり、下板側のビード止端部が不揃いになり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が１．０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低下して溶融スラグが流れて立板側にアンダーカットが発生する。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．１〜１．０％とする。なお、好ましくは０．１〜０．８％とする。
Ｆｅ酸化物は、酸化鉄、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。Ｆｅ酸化物は溶融スラグの粘性を調整してビード形状を整え、ビード形状を良好にする。Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満であると、溶融スラグの流動性が悪くビード形状を整えることができなくなり、下板側のビード止端部が不揃いになり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が１．０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低下して溶融スラグが流れて立板側にアンダーカットが発生する。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．１〜１．０％とする。なお、好ましくは０．１〜０．８％とする。
［フラックスにＭｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計：０．２〜１．０％］
Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒは、脱酸剤として添加され、溶融金属中の酸素量を下げることで、溶接金属の靭性の向上および溶融金属の粘性を調整し、ビード形状を整える効果がある。Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計が０．２０％未満であると、溶接金属中の酸素量が増え、溶接金属の靭性が低下する。また、溶融金属の粘性が低下して下板側のビード止端部が不揃いとなり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計が１．０％を超えると、アークが粗くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計は０．２〜１．０％とする。なお、好ましくは０．３〜０．９％とする。
Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒは、脱酸剤として添加され、溶融金属中の酸素量を下げることで、溶接金属の靭性の向上および溶融金属の粘性を調整し、ビード形状を整える効果がある。Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計が０．２０％未満であると、溶接金属中の酸素量が増え、溶接金属の靭性が低下する。また、溶融金属の粘性が低下して下板側のビード止端部が不揃いとなり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計が１．０％を超えると、アークが粗くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計は０．２〜１．０％とする。なお、好ましくは０．３〜０．９％とする。
［フラックスにＺｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計：０．２〜１．５％］
Ｚｒは、金属ジルコン、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｚｒ等から添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＺｒＯ２となりスラグの一部となる。また、Ｚｒ酸化物は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等から添加され、スラグ被包性を改善してビード形状を改善するスラグ形成剤として作用する。Ｚｒ酸化物を添加することにより、スラグの凝固温度が高くなりスラグの凝固が早くなるので、大脚長を得るためのビード保持作用が大きく、ビード形状を良好にする。Ｚｒ酸化物およびＺｒはスラグ形成剤として同様の作用を奏するものであるから１種の添加でよいが、２種添加してもよい。Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計が０．２％未満であると、大脚長を得るためのビードを保持する力が弱まり、ビード波形が不揃いとなり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計が１．５％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなるとともに、スラグ剥離が悪くなる。したがって、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計は０．２〜１．５％とする。なお、好ましくは０．３〜１．３％とする。
Ｚｒは、金属ジルコン、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｚｒ等から添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＺｒＯ２となりスラグの一部となる。また、Ｚｒ酸化物は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等から添加され、スラグ被包性を改善してビード形状を改善するスラグ形成剤として作用する。Ｚｒ酸化物を添加することにより、スラグの凝固温度が高くなりスラグの凝固が早くなるので、大脚長を得るためのビード保持作用が大きく、ビード形状を良好にする。Ｚｒ酸化物およびＺｒはスラグ形成剤として同様の作用を奏するものであるから１種の添加でよいが、２種添加してもよい。Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計が０．２％未満であると、大脚長を得るためのビードを保持する力が弱まり、ビード波形が不揃いとなり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計が１．５％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなるとともに、スラグ剥離が悪くなる。したがって、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計は０．２〜１．５％とする。なお、好ましくは０．３〜１．３％とする。
［フラックスにＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計：１．０〜３．５％］
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＭｇＯとなりスラグの一部となる。また、ＭｇＯは、マグネシアクリンカー、天然マグネシア等から添加される。ＭｇＯは、スラグの凝固温度を高くしてスラグの凝固を早くするので、大脚長を得るためのビード保持作用が大きく、下板側のビード止端部形状をフラットに滑らかにする。ＭｇとＭｇＯはスラグに対して同様の作用を奏するものであるから１種の添加でよいが、２種添加してもよい。ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計が１．０％未満であると、ビードを保持する力が弱まり、アンダーカットが発生して大脚長を確保することができない。また、下板側のビード止端部形状がオーバーラップとなる。一方、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計が３．５％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなってスラグ巻き込みが発生しやすく、ビード外観が悪くなる。したがって、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計は１．０〜３．５％とする。なお、好ましくは１．５〜３．０％とする。
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＭｇＯとなりスラグの一部となる。また、ＭｇＯは、マグネシアクリンカー、天然マグネシア等から添加される。ＭｇＯは、スラグの凝固温度を高くしてスラグの凝固を早くするので、大脚長を得るためのビード保持作用が大きく、下板側のビード止端部形状をフラットに滑らかにする。ＭｇとＭｇＯはスラグに対して同様の作用を奏するものであるから１種の添加でよいが、２種添加してもよい。ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計が１．０％未満であると、ビードを保持する力が弱まり、アンダーカットが発生して大脚長を確保することができない。また、下板側のビード止端部形状がオーバーラップとなる。一方、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計が３．５％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなってスラグ巻き込みが発生しやすく、ビード外観が悪くなる。したがって、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計は１．０〜３．５％とする。なお、好ましくは１．５〜３．０％とする。
［フラックスにＡｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計：０．０５〜０．７０％］
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＡｌ２Ｏ３となりスラグの一部となる。また、Ａｌ酸化物は、アルミナ、カリ長石、曹長石等から添加される。Ａｌ酸化物は、スラグの凝固温度を上昇させてビード形状を整える効果がある。Ａｌ酸化物およびＡｌはスラグに対して同様の作用を奏するものであるから１種の添加でよいが、２種添加してもよい。Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計が０．０５％未満であると、アンダーカットが生じやすくなる。一方、Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計が０．７０％を超えると、スラグが固化してスラグ剥離性が悪くなる。したがって、Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計は０．０５〜０．７０％とする。なお、好ましくは０．１０〜０．６０％とする。
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＡｌ２Ｏ３となりスラグの一部となる。また、Ａｌ酸化物は、アルミナ、カリ長石、曹長石等から添加される。Ａｌ酸化物は、スラグの凝固温度を上昇させてビード形状を整える効果がある。Ａｌ酸化物およびＡｌはスラグに対して同様の作用を奏するものであるから１種の添加でよいが、２種添加してもよい。Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計が０．０５％未満であると、アンダーカットが生じやすくなる。一方、Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計が０．７０％を超えると、スラグが固化してスラグ剥離性が悪くなる。したがって、Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計は０．０５〜０．７０％とする。なお、好ましくは０．１０〜０．６０％とする。
［フラックスに弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．３０％］
Ｆは、弗化ソーダ、珪弗化カリ、氷晶石、弗化アルミニウム、弗化リチウムおよび蛍石等から添加され、アークの安定性を向上させて耐ピット性を向上させる。弗素化合物のＦ換算値が０．０３％未満であると、アークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができず、耐ピット性も悪化する。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．３０％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量および溶接ヒュームの発生量が多くなる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０３〜０．３０％とする。なお、好ましくは０．０５〜０．２５％とする。
Ｆは、弗化ソーダ、珪弗化カリ、氷晶石、弗化アルミニウム、弗化リチウムおよび蛍石等から添加され、アークの安定性を向上させて耐ピット性を向上させる。弗素化合物のＦ換算値が０．０３％未満であると、アークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができず、耐ピット性も悪化する。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．３０％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量および溶接ヒュームの発生量が多くなる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０３〜０．３０％とする。なお、好ましくは０．０５〜０．２５％とする。
［フラックスにＮａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％］
ＮａおよびＫは、カリ長石または珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物から添加され、アーク安定剤としての作用だけではなく、スラグ形成剤として溶融スラグの凝固過程の急激な粘性増加を抑える作用がある。Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計が０．０５％以下では、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計が０．３％を超えると、スパッタやヒューム発生量が増加する。したがって、Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、好ましくは０．１〜０．２５％とする。
ＮａおよびＫは、カリ長石または珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物から添加され、アーク安定剤としての作用だけではなく、スラグ形成剤として溶融スラグの凝固過程の急激な粘性増加を抑える作用がある。Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計が０．０５％以下では、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計が０．３％を超えると、スパッタやヒューム発生量が増加する。したがって、Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、好ましくは０．１〜０．２５％とする。
［フラックスにスラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％］
スラグ形成剤は、ビード形状を整える作用がある。大脚長を得るための溶接時でのスラグ形成剤の役割は非常に大きく、溶融スラグが溶融金属を押さえ込み、良好なビード形状を得るためには不可欠である。スラグ形成剤の合計が６．０％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを整えることができなくなり、アンダーカットが発生して大脚長のビードを得ることができなくなり、下板側のビード止端部形状がオーバーラップとなる。また、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。一方、スラグ形成剤の合計が１３．０％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も減少するが、スラグ生成量が多くなり、スラグ巻き込みが発生しやすくなり、耐ピット性も悪くなる。したがって、スラグ形成剤の合計は６．０〜１３．０％とする。なお、好ましくは７．０〜１２．０％とする。
スラグ形成剤は、前記弗素化合物も含み、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等の酸化物の合計をいう。なお、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ合金等は除くものとする。
スラグ形成剤は、ビード形状を整える作用がある。大脚長を得るための溶接時でのスラグ形成剤の役割は非常に大きく、溶融スラグが溶融金属を押さえ込み、良好なビード形状を得るためには不可欠である。スラグ形成剤の合計が６．０％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを整えることができなくなり、アンダーカットが発生して大脚長のビードを得ることができなくなり、下板側のビード止端部形状がオーバーラップとなる。また、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。一方、スラグ形成剤の合計が１３．０％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も減少するが、スラグ生成量が多くなり、スラグ巻き込みが発生しやすくなり、耐ピット性も悪くなる。したがって、スラグ形成剤の合計は６．０〜１３．０％とする。なお、好ましくは７．０〜１２．０％とする。
スラグ形成剤は、前記弗素化合物も含み、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等の酸化物の合計をいう。なお、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ合金等は除くものとする。
［フラックスに金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計：０．００５〜０．０４５％］
Ｂｉは、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等から添加され、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出しビード外観を良好にする作用があり、１種または２種添加する。金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計が０．００５％未満では、その効果が得られず、スラグ剥離性が悪くなる。一方、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計が０．０４５％を超えると、高温割れが発生し、溶接金属の靭性も低下する。したがって、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計は０．００５〜０．０４５％とする。なお、好ましくは０．０１０〜０．０３５％とする。
Ｂｉは、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等から添加され、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出しビード外観を良好にする作用があり、１種または２種添加する。金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計が０．００５％未満では、その効果が得られず、スラグ剥離性が悪くなる。一方、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計が０．０４５％を超えると、高温割れが発生し、溶接金属の靭性も低下する。したがって、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計は０．００５〜０．０４５％とする。なお、好ましくは０．０１０〜０．０３５％とする。
なお、前記に述べた成分の残部はＦｅ及び不可避不純物であり、Ｆｅは鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金からのＦｅ分である。
また、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、フラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼または合金鋼の外皮内に、フラックスをワイヤ全重量に対して１０〜２５％程度充填した後、孔ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造されるものである。ワイヤの断面構造は、特に限定するものではない。
また、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、フラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼または合金鋼の外皮内に、フラックスをワイヤ全重量に対して１０〜２５％程度充填した後、孔ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造されるものである。ワイヤの断面構造は、特に限定するものではない。
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
まず、鋼製外皮にＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、表１に示すワイヤ径１．２ｍｍの各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。
表１に示すフラックス入りワイヤを用いて、板厚２０ｍｍの無塗装鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）をＴ字すみ肉試験体（長さ５００ｍｍ）とし、表２に示す溶接条件で１パスの水平すみ肉溶接を行い、アーク状態、スラグ剥離性、ビード外観、アンダーカット、オーバーラップ、スパッタ発生量、ピット発生数、スラグ巻き込みの有無を調査した。スパッタ発生量の測定は、発生したスパッタ全量を捕集し、溶接時間１分間当たりの発生量に換算し、３ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。また、スラグ巻き込みの有無については、溶接後のＴ字すみ肉試験体を１００ｍｍ長さで切断し、断面マクロからスラグ巻き込みの有無の調査をした。
さらに、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて板厚２０ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）を用いて溶着金属試験を表２に示す溶接条件で行い、引張試験片と衝撃試験片を採取して試験した。なお、引張試験の引張強さは４９０〜６４０Ｎ／ｍｍ２、衝撃試験の吸収エネルギーは試験温度０℃で３本の平均値が６０Ｊ以上を良好とした。それらの結果を表３にまとめて示す。
表１および表３中ワイヤＮｏ．１〜１０が本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜２７は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１０は、鋼製外皮のＣ、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、フラックス中のＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２換算値、ＦｅＯ換算値、ＺｒＯ２換算値、ＭｇＯ換算値およびＭｇＯの合計、Ａｌ２Ｏ３換算値、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計、Ｆ換算値、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計、スラグ形成剤の合計が適量であるので、アーク状態、スラグ剥離性、ビード外観が良好で、アンダーカット、オーバーラップが発生せず、スパッタ発生量が少なく、ピットおよびスラグ巻き込みの発生もなく、溶接金属の機械的性能も優れており、極めて満足な結果であった。
なお、ワイヤＮｏ．１、２、３、４、６、７、８，９は、Ｂｉ換算値が適用であったので、スラグ剥離性が非常に良好であった。
比較例中ワイヤＮｏ．１１は、ＴｉＯ２換算値が少ないので、スラグ剥離性が悪く、ビード外観も凸ビードで不良であった。さらに、アークも不安定で、スパッタ発生量も多かった。
ワイヤＮｏ．１２は、ＴｉＯ２換算値が多いので、スラグ巻き込みが発生し、ピットも多発した。また、Ｓｉが多いので、引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．１３は、ＳｉＯ２換算値が少ないので、ビード上板側にアンダーカットが発生した。また、Ａｌ２Ｏ３換算値が多いので、スラグ剥離性が不良であった。
ワイヤＮｏ．１４は、ＳｉＯ２換算値が多いので、アークが粗く、スパッタ発生量が多かった。また、ピットも発生した。
ワイヤＮｏ．１５は、ＦｅＯ換算値が少ないので、ビードの下板側の止端部が不揃いでビード外観が不良であった。また、Ｆ換算値が多いので、アークが粗く、スパッタ発生量が多かった。
ワイヤＮｏ．１６は、ＦｅＯ換算値が多いので、ビード上板側にアンダーカットが発生した。また、Ｃが多いので、アークが強く、スパッタ発生量が多かった。さらに、引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．１７は、ＺｒＯ２換算値が少ないので、ビードの波形が不揃いとなり、ビード外観が不良であった。
ワイヤＮｏ．１８は、ＺｒＯ２換算値が多いので、アークが粗く、スパッタ発生量が多く、スラグ剥離性も不良であった。また、Ｍｎが多いので、引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．１９は、ＭｇＯが少ないので、ビードの上板側にアンダーカットが発生し、下板側のビードはオーバーラップが発生した。また、Ｃが少ないので、引張強さおよび吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２０は、ＭｇＯが多いので、ビードの波形が不揃いで、ビード外観も不良であり、スラグ巻き込みも発生した。また、Ｍｎが少ないので、ピットが発生し、引張強さおよび吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２１は、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計が少ないので、ビードの下側の止端部が不揃いで、ビード外観が不良であった。さらに、吸収エネルギーが低値であった。また、Ｆ換算値が少ないので、アークが不安定になり、ピットが多発した。
ワイヤＮｏ．２２は、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計が多いので、アークが粗く、スパッタ発生量が多かった。また、Ａｌ２Ｏ３換算値が少ないので、アンダーカットが発生した。
ワイヤＮｏ．２３は、スラグ形成剤の合計が少ないので、アークが粗くなり、スパッタ発生量が多く、アンダーカットおよびオーバーラップも発生した。さらに、Ｓｉが少ないので、ピットが発生し、引張強さおよび吸収エネルギーが低値であった。さらに、ビード形状も凸ビードになり、ビード外観も不良であった。
ワイヤＮｏ．２４は、スラグ形成剤の合計が多いので、ピットが多発し、スラグ巻き込みも発生した。
ワイヤＮｏ．２５は、鋼製外皮のＣが高いので、アークが強くなり、ビードの波形が乱れて不揃いとなり、ビード外観も不良であった。また、Ｂｉ換算値が多いので、高温割れが発生し、吸収エネルギーも低値であった。
ワイヤＮｏ．２６は、Ｍｎが少ないので、ピットが発生し、引張強さおよび吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。
ワイヤＮｏ．２７は、Ｍｎが多いので、引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ２Ｏ換算値が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。
Claims (2)
- 水平すみ肉溶接の１パス溶接で１０ｍｍ以上の大脚長ビードが得られる鋼製外皮にフラックスを充填してなる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
鋼製外皮のＣ：０．０１０質量％以下、
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：１．０〜４．０％、
さらに、フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：３．０〜６．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：１．０〜４．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの内の１種または２種以上の合計：０．２〜１．０％であって、かつ、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ２換算値の内の１種または２種の合計：０．２〜１．５％、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの内の１種または２種の合計：１．０〜３．５％、Ａｌ酸化物およびＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値の内の１種または２種の合計：０．０５〜０．７０％、を満足し、
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．３０％、
Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の内の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、
スラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％を含有し、
残部はＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の内の１種または２種の合計：０．００５〜０．０４５％を更に含有することを特徴とする請求項１記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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